Ovisno o vlažnosti i. Relativna vlažnost, količina toplote. Zasićena para

U ovoj lekciji tema je „Vlaga. Mjerenje vlage ”, razgovarat ćemo o svojstvima zasićene i nezasićene vodene pare koja je uvijek prisutna u atmosferi.

U prethodnoj lekciji upoznali smo se s konceptom "zasićene pare". Kao i u proučavanju bilo kojih tema i predmeta, može se postaviti pitanje: "Gdje koristimo ovaj koncept, kako ćemo ga primijeniti?" U ovoj lekciji bit će riječi o najvažnijoj primjeni svojstava zasićene pare.

Vjerojatno ste dobro upoznati s naslovom teme jer svakodnevno čujete pojam „vlažnosti zraka“ kada gledate ili slušate vremensku prognozu. Međutim, ako vas pitaju: "Što se podrazumijeva pod vlažnošću zraka?", Malo je vjerojatno da ćete odmah dati tačnu fizičku definiciju.

Pokušajmo formulirati što se u fizici podrazumijeva pod vlažnošću zraka. Prije svega, kakva je voda u zraku? Takvi su, na primjer, magla, kiša, oblaci i drugi atmosferski fenomeni koji se odvijaju uz učešće vode u jednom ili drugom agregacionom stanju. Ako se svi ovi fenomeni uzmu u obzir pri opisivanju vlažnosti, kako onda izvršiti mjerenja? Već iz tako jednostavnog zaključivanja postaje jasno da se ovdje ne mogu osloboditi intuitivnih definicija. Zapravo, govorimo prvenstveno o vodenoj pari koja je sadržana u našoj atmosferi.

Atmosferski zrak je mješavina plinova, od kojih je jedna vodena para (slika 1). Doprinosi atmosferskom pritisku, taj doprinos se naziva parcijalni pritisak (kao i elastičnost) vodene pare.

Slika: 1. Komponente atmosferskog vazduha

Daltonov zakon

Glavne pravilnosti koje smo dobili u okviru proučavanja molekularno-kinetičke teorije odnose se na takozvane čiste plinove, odnosno plinove koji se sastoje od atoma ili molekula iste vrste. Međutim, vrlo često morate imati posla sa mješavinom plinova. Najjednostavniji i najčešći primjer takve mješavine je atmosferski zrak koji nas okružuje. Kao što znamo, to je 78% dušika, više od 21% kisika, a ostatak čine vodena para i drugi plinovi.

Slika: 2. Sastav atmosferskog vazduha

Svaki od plinova koji su dio zraka ili bilo koje druge mješavine plinova, naravno, doprinosi ukupnom pritisku ove mješavine plinova. Pozvan je doprinos svake pojedine takve komponente parcijalni pritisak plina, t. Odnosno, pritisak koji bi ovaj plin vršio u odsustvu drugih komponenata smjese.

Engleski kemičar John Dalton eksperimentalno je utvrdio da je za smjese razrijeđenih plinova ukupni tlak jednostavna suma parcijalnih pritisaka svih komponenata smjese:

Ovaj omjer naziva se Daltonov zakon.

Dokaz Daltonovog zakona u okviru molekularno-kinetičke teorije, iako nije posebno kompliciran, prilično je glomazan, stoga ga ovdje nećemo iznositi. Sasvim je jednostavno kvalitativno objasniti ovaj zakon ako uzmemo u obzir činjenicu da zanemarujemo interakciju između molekula, tj. Molekule su elastične kuglice koje se mogu sudarati samo jedna s drugom i sa zidovima posude. U praksi model idealnog plina dobro funkcionira samo za dovoljno razrijeđene sisteme. U slučaju gustih plinova, uočit će se odstupanja od ispunjenja Daltonovog zakona.

Parcijalni pritisakstrvodena para jedan je od pokazatelja vlažnosti zraka koji se mjeri u paskalima ili milimetrima žive.

Pritisak vodene pareovisi o koncentraciji njegovih molekula u zraku, kao i o apsolutnoj temperaturi potonjeg. Češće se gustoća uzima kao karakteristika vlage ρ vodena para sadržana u zraku, ona se naziva apsolutna vlaga .

Apsolutna vlagapokazuje koliko grama vodene pare sadrži vazduh. Sukladno tome, mjerna jedinica za apsolutnu vlažnost zraka je.

Oba navedena pokazatelja vlage povezani su jednadžbom Mendelejeva i Clapeyrona:

- molarna masa vodene pare;

je njegova apsolutna temperatura.

Odnosno, poznavajući jedan od pokazatelja, na primjer, gustoću, lako možemo odrediti drugi, odnosno pritisak.

Ti i ja znamo da vodena para može biti i nezasićena i zasićena. Para koja je u termodinamičkoj ravnoteži sa tečnošću istog sastava naziva se zasićena. Nezasićena para - para koja svojom tečnošću nije postigla dinamičku ravnotežu. U ovom slučaju ne postoji ravnoteža između procesa kondenzacije i isparavanja.

Generalno, vodena para u atmosferi, uprkos prisustvu velikog broja rezervoara: okeana, mora, rijeka, jezera i tako dalje, je nezasićena, jer naša atmosfera nije zatvorena posuda. Međutim, kretanje zračnih masa: vjetrovi, uragani i tako dalje - dovode do činjenice da u različitim točkama na Zemlji u svakom trenutku vremena postoji različit omjer između brzina kondenzacije i isparavanja vode, uslijed čega na nekim mjestima para može doći do zasićenja. Šta ovo vodi? Štoviše, u takvom području para počinje kondenzirati, jer se sjećamo da je zasićena para uvijek u kontaktu sa svojom tečnošću. Kao rezultat, mogu se stvoriti magla ili oblaci, rosa može pasti. Zove se temperatura na kojoj para postaje zasićena točka rošenja . Označava se pritisak vodene pare (zasićene) na točki rose.

Razmislite zašto rosa obično pada rano ujutro? Šta se u ovom trenutku dana dešava sa temperaturom, a time i sa graničnim pritiskom, sa pritiskom zasićene pare? Očigledno je da poznavanje apsolutne vlažnosti ili parcijalnog pritiska vodene pare ne daje nam nikakvu ideju koliko je neka para blizu ili daleko od zasićenja. Ali upravo ta udaljenost ili blizina zasićenja određuje brzinu procesa isparavanja i kondenzacije, odnosno onih procesa koji određuju vitalnu aktivnost živih organizama.

Ako isparavanje prevlada nad kondenzacijom, organizmi i tlo gube vlagu (slika 3). Ako prevlada kondenzacija, tada postupci sušenja postaju nemogući (slika 4.) Suočeni smo s potrebom da poboljšamo koncept vlage; pojam apsolutne vlage, kao što smo upravo vidjeli, ne opisuje u potpunosti sve pojave koje su nam potrebne.

Slika: 3. Isparavanje prevladava nad kondenzacijom

Slika: 4. Kondenzacija prevladava nad isparavanjem

Ponovo razgovarajmo o problematici. Učinimo to na jednostavnom primjeru. Zamislite da se u određenom vozilu nalazi 20 ljudi. Da li je to puno ili malo, odnosno da li je ovo apsolutna vrijednost 20 ljudi? Prirodno, nećemo moći reći je li to puno ili malo, dok ne saznamo maksimalni kapacitet datog automobila ili vozila. 20 ljudi u putničkom automobilu je, naravno, puno, to je praktično nemoguće, a 20 ljudi u velikom autobusu nije toliko. Slično tome, u slučaju apsolutne vlage, odnosno s parcijalnim pritiskom vodene pare, moramo je usporediti s nečim. Sa čime uporediti ovaj parcijalni pritisak? Odgovor nam daje posljednja lekcija. Koji je važan, poseban značaj pritiska vodene pare? Ovo je pritisak zasićene vodene pare. Ako usporedimo parcijalni pritisak vodene pare na određenoj temperaturi s tlakom zasićene vodene pare pri istoj temperaturi, možemo preciznije okarakterizirati tu vlažnost. Za karakterizaciju udaljenosti stanja pare od zasićenja uvedena je posebna količina, tzv relativna vlažnost .

Relativna vlažnost Zrak se naziva procentualni odnos pritiska vodene pare sadržane u zraku i pritiska zasićene pare pri istoj temperaturi:

Sada je jasno da što je relativna vlažnost niža, to je ova ili ona para dalje od zasićenja. Tako, na primjer, ako je vrijednost relativne vlažnosti 0, tada u zraku zapravo nema vodene pare. Odnosno, kod nas je kondenzacija nemoguća, a pri relativnoj vlažnosti od 100% sva vodena para koja se nalazi u zraku zasićena je, jer je njen pritisak jednak pritisku zasićene vodene pare na određenoj temperaturi. Na taj smo način sada precizno utvrdili koja je ista vlažnost, čija nam se vrijednost svaki put prijavljuje u vremenskim prognozama.

Koristeći jednadžbu Mendelejeva i Clapeyrona možemo dobiti alternativnu formulu za relativnu vlažnost koja sada uključuje vrijednost gustine vodene pare sadržane u zraku i gustine zasićene pare pri istoj temperaturi.

Pritisak i gustina pare;

Pritisak i gustina zasićene pare na određenoj temperaturi;

Univerzalna plinska konstanta.

Formula relativne vlažnosti:

Gustoća vodene pare u zraku;

Gustoća zasićene pare na istoj temperaturi.

Uticaj intenziteta isparavanja i kondenzacije vode na žive organizme

Ljudi su vrlo osjetljivi na vrijednost relativne vlage, o tome ovisi intenzitet isparavanja vlage s površine kože. S visokom vlagom, posebno u vrućem danu, ovo isparavanje se smanjuje, uslijed čega se narušava normalna izmjena topline tijela s okolinom. Na suhom zraku, naprotiv, dolazi do brzog isparavanja vlage s površine kože, s koje se, na primjer, isušuje sluznica respiratornog trakta. Za ljude je najpovoljnija relativna vlažnost zraka u rasponu od 40-60%.

Uloga vodene pare u formiranju vremenskih prilika je takođe važna. Kondenzacija vodene pare dovodi do stvaranja oblaka i naknadnih padavina, što je naravno važno za bilo koji aspekt našeg života i za nacionalnu ekonomiju. U mnogim se proizvodnim procesima održavaju uvjeti umjetne vlage. Primjeri takvih procesa su tkanje, poslastičarstvo, farmaceutske radnje i mnogi drugi. U bibliotekama i muzejima, kako bi se sačuvale knjige i eksponati, također je važno održavati određenu vrijednost relativne vlažnosti, stoga je u takvim ustanovama u svim prostorijama na zid uvijek ovješen psihrometar - uređaj za mjerenje relativne vlažnosti.

Da bismo izračunali relativnu vlažnost zraka, kao što smo upravo vidjeli, moramo znati vrijednost tlaka ili gustine zasićene pare na određenoj temperaturi.

U posljednjoj lekciji, dok smo proučavali zasićenu paru, govorili smo o ovoj ovisnosti, ali njen analitički oblik je vrlo složen, naše matematičko znanje još uvijek nije dovoljno. Kako biti u ovom slučaju? Izlaz je vrlo jednostavan: umjesto da ove formule pišemo u analitičkom obliku, poslužit ćemo se tablicama tlaka i gustine zasićene pare na određenoj temperaturi (Tabela 1). Ove tablice dostupne su u udžbenicima i u bilo kojoj referentnoj knjizi tehničkih količina.

Tab. 1. Ovisnost pritiska i gustine zasićene vodene pare od temperature

Sada razmotrite promjenu relativne vlažnosti s temperaturom. Što je temperatura viša, to je relativna vlažnost zraka niža. Zašto i kako, razmotrimo primjer problema.

Zadatak

U nekoj posudi para postaje zasićena na. Kolika će biti njegova relativna vlažnost pri ,,?

Budući da govorimo o pari u posudi, količina pare ostaje nepromijenjena kada se temperatura promijeni. Pored toga, potrebna nam je tablica ovisnosti tlaka i gustine zasićene pare o temperaturi (tablica 2).

Tab. 2. Ovisnosti pritiska i gustine zasićene pare od temperature

Odluka:

Iz teksta pitanja je jasno da kod ,, jer na toj vrijednosti para postaje zasićena, odnosno iz definicije relativne vlažnosti imamo:

Brojilac je gustoća vodene pare prisutne u posudi, a nazivnik gustoća zasićene pare koja u istoj temperaturi nema u posudi. Šta će se dogoditi s količinom vlage s porastom temperature? Brojilac, uzimajući u obzir zatvorenost plovila, neće se promijeniti. Zapravo, budući da nema kondenzacije i nema razmjene materije s vanjskim svijetom, masa pare, a s njom i gustina, zadržat će svoje vrijednosti. A nazivnik, kao što znamo iz prošle lekcije, povećava se s temperaturom, pa će se relativna vlažnost smanjiti. Gustina pare u posudi na može se izračunati iz gornje formule:

Istu gustoću pare imaće i na svim ostalim temperaturama. Stoga će za izračunavanje sadržaja vlage biti dovoljno da znamo vrijednost gustine zasićene pare pri svim zadanim temperaturama i odmah možemo dobiti odgovore. Uzimamo gustinu zasićene pare sa stola. Zamjenjujući vrijednosti zauzvrat u formuli za vlažnost, dobivamo sljedeće odgovore:

Odgovor:

Primjer rješavanja tipičnog problema za određivanje relativne vlažnosti

Pri rješavanju takvih problema važno je znati da pritisak zasićene pare ovisi o temperaturi, ali ne i o zapremini.

Zadatak:

Posuda sadrži zrak čija je relativna vlažnost jednaka. Kolika će biti relativna vlažnost nakon smanjenja zapremine posude za n puta (n \u003d 3) i zagrijavanja plina na temperaturu? Gustina zasićene vodene pare na temperaturi je .

Napredak rješenja:

Iz definicije relativne vlažnosti možemo napisati da je na temperaturi apsolutna vlaga prije kompresije jednaka:

I nakon kompresije:

Odnosno, sa smanjenjem zapremine u vremenima sa konstantnom masom, gustina se vremenom povećava.

Nakon kompresije, masa vlage po jedinici zapremine posude, ne samo u obliku pare, već i u obliku kondenzovane tečnosti, ukoliko se pojave uslovi za kondenzaciju, biće jednaka:

Na temperaturi je pritisak zasićene vodene pare jednak normalnom atmosferskom pritisku, o tome smo razgovarali u prošloj lekciji i glasi:

A njihova gustina, ako koristimo jednadžbu Mendelejeva i Clapeyrona, može se izračunati formulom:

Gde , jer će posuda sadržavati nezasićenu paru s relativnom vlagom:

Izražavajući ovu vlagu u procentima, dobivamo vrijednost od 2,9%.

Odgovor: .

A sada razgovarajmo ne samo o tome što je vlažnost, već i o tome kako se ta ista vlažnost može mjeriti. Najčešći instrument za takva mjerenja je takozvani higrometrijski psihrometar, koji je prikazan na sl. pet.

Slika: 5. Higrometrijski psihrometar

Na postolju su pričvršćena dva termometra sa istim vagama. Rezervoar žive jednog od njih omotan je vlažnom krpom (slika 8).

Slika: 6. Termometri higrometrijskog psihrometra

Voda isparava iz ovog platna, zbog čega se sam termometar hladi, odnosno termometri se nazivaju suhim i mokrim (slika 7).

Slika: 7. Suvi i mokri termometri higrometrijskog psihrometra

Što je veća relativna vlažnost zraka u okolini, to je manje intenzivno, što je slabije isparavanje vode iz vlažne krpe, to je manja razlika u očitanju suvog i mokrog termometra. Odnosno, pri ϕ \u003d 100%, voda neće ispariti, jer je sva vodena para zasićena, a očitanja oba termometra će se podudarati. Kada će razlika u očitanjima termometra biti maksimalna. Dakle, prema razlici očitanja termometra pomoću posebnih psihometrijskih tablica (najčešće se takav stol postavlja odmah na tijelo samog uređaja), određuje se vrijednost relativne vlažnosti.

Kao što znamo, veći dio površine naše planete pokriven je Svjetskim okeanom, stoga voda i svi procesi koji se s njom događaju, posebno isparavanje i kondenzacija, igraju bitnu ulogu u svim procesima našeg života. Sami smo dali strogu definiciju pojmova "apsolutna vlažnost" i "relativna vlažnost". Zapravo je ovo fizička veličina, relativna vlažnost zraka pokazuje koliko se atmosferska para razlikuje od zasićene.

Lista referenci

Kasyanov V.A. Razred iz fizike 10. - M.: Drofica, 2010.
Myakishev G.Y., Sinyakov A.Z. Molekularna fizika. Termodinamika. - M.: Drofica, 2010.

Internet portal WorldOfSchool.ru ()
Internet portal „Fizika. Stari udžbenici "()

Zadaća

Koja je razlika između apsolutne i relativne vlažnosti?
Šta se može izmjeriti psihrometrijskim higrometrom i koji je njegov princip rada?
Koji su parcijalni pritisci atmosferskog pritiska?

Zasićene i nezasićene pare

Zasićena para

Tijekom isparavanja, obrnuti proces se događa istovremeno s prijelazom molekula iz tečnosti u paru. Slučajno se krećući iznad površine tečnosti, neki molekuli koji su je ostavili ponovo se vraćaju u tečnost.

Ako se isparavanje dogodi u zatvorenoj posudi, tada će u početku broj molekula koji izlaze iz tečnosti biti veći od broja molekula koji se vraćaju u tečnost. Zbog toga će se gustoća pare u posudi postupno povećavati. Kako se gustoća pare povećava, tako se povećava i broj molekula koji se vraćaju u tečnost. Uskoro će broj molekula koji izlaze iz tečnosti jednak broju molekula pare koji se vraćaju u tečnost. Od ovog trenutka, broj molekula pare iznad tečnosti biće konstantan. Za vodu na sobnoj temperaturi, ovaj broj je približno jednak $ 10 ^ (22) $ molekula po $ 1 s $ po $ 1 cm ^ 2 $ površine. Postoji takozvana dinamička ravnoteža između pare i tečnosti.

Para koja se nalazi u dinamičkoj ravnoteži sa svojom tečnošću naziva se zasićena para.

To znači da u zadanoj zapremini na određenoj temperaturi ne može biti više pare.

U dinamičkoj ravnoteži, masa tečnosti u zatvorenoj posudi se ne mijenja, iako tečnost i dalje isparava. Na isti se način masa zasićene pare iznad ove tečnosti ne mijenja, iako se para i dalje kondenzira.

Pritisak zasićene pare. Kada se sabije zasićena para, čija se temperatura održava konstantnom, ravnoteža će prvo početi pucati: gustoća pare će se povećati i kao rezultat toga, više će molekula preći iz plina u tečnost nego iz tečnosti u plin; To će se nastaviti sve dok koncentracija pare u novom volumenu ne postane ista, što odgovara koncentraciji zasićene pare na određenoj temperaturi (i ravnoteža se uspostavi). To se objašnjava činjenicom da broj molekula koji napuštaju tečnost u jedinici vremena ovisi samo o temperaturi.

Dakle, koncentracija molekula zasićene pare pri konstantnoj temperaturi ne ovisi o njenom volumenu.

Budući da je pritisak plina proporcionalan koncentraciji njegovih molekula, pritisak zasićene pare ne ovisi o zapremini koju zauzima. Pozvan je pritisak $ p_0 $, pri kojem je tečnost u ravnoteži sa svojom parom pritisak zasićene pare.

Kada se zasićena para stlači, veći dio prelazi u tečno stanje. Tečnost zauzima manji volumen od pare iste mase. Kao rezultat, volumen pare opada pri konstantnoj gustini.

Ovisnost pritiska zasićene pare od temperature.Za idealan plin vrijedi linearna ovisnost tlaka o temperaturi pri konstantnoj zapremini. S obzirom na zasićenu paru sa pritiskom $ p_0 $, ova se zavisnost izražava jednakošću:

Budući da tlak zasićene pare ne ovisi o zapremini, onda ovisi samo o temperaturi.

Eksperimentalno utvrđena zavisnost $ P_0 (T) $ razlikuje se od zavisnosti $ p_0 \u003d nkT $ za idealan gas. S porastom temperature, pritisak zasićene pare raste brže od idealnog pritiska plina (segment krivulje $ AB $). To postaje posebno očito ako izohoru povučete kroz točku $ A $ (isprekidana linija). To se događa jer kada se tekućina zagrije, dio se pretvara u paru, a gustoća pare se povećava.

Prema tome, prema formuli $ p_0 \u003d nkT $, pritisak zasićene pare raste ne samo kao rezultat povećanja temperature tečnosti, već i kao rezultat povećanja koncentracije molekula (gustine) pare. Glavna razlika u ponašanju idealnog plina i zasićene pare je promjena mase pare s promjenom temperature konstantne zapremine (u zatvorenoj posudi) ili promjenom zapremine pri konstantnoj temperaturi. Sa idealnim plinom se ništa slično ne može dogoditi (MKT idealnog plina ne osigurava fazni prijelaz plina u tečnost).

Nakon što ispari sva tekućina, ponašanje pare odgovarat će ponašanju idealnog plina (dio krivulje $ VS $).

Nezasićena para

Ako se daljnje isparavanje ove tečnosti može dogoditi u prostoru koji sadrži pare tečnosti, tada je para u tom prostoru nezasićen.

Para koja nije u ravnoteži sa svojom tečnošću naziva se nezasićena.

Nezasićena para može se jednostavnom kompresijom pretvoriti u tečnost. Jednom kada je započeta ova transformacija, para, u ravnoteži sa tečnošću, postaje zasićena.

Vlažnost zraka

Vlažnost zraka je količina vodene pare u zraku.

Okolni zrak oko nas, usljed neprekidnog isparavanja vode s površine okeana, mora, vodnih tijela, vlažnog tla i biljaka, uvijek sadrži vodenu paru. Što je više vodene pare u određenoj količini zraka, to je para bliža zasićenju. S druge strane, što je temperatura zraka viša, potrebno je više vodene pare da bi se zasitila.

Ovisno o količini vodene pare pri određenoj temperaturi u atmosferi, zrak je različitog stepena vlažnosti.

Kvantifikacija vlage

Da bi kvantificirali vlažnost zraka, oni se posebno služe konceptima apsolutnoi relativna vlažnost.

Apsolutna vlaga je broj grama vodene pare sadržane u $ 1m ^ 3 $ zraka u datim uvjetima, tj. To je gustina vodene pare $ p $ izražena u g / $ m ^ 3 $.

Relativna vlažnost vazduha $ φ $ je odnos apsolutne vlažnosti vazduha $ p $ prema gustini $ p_0 $ zasićene pare na istoj temperaturi.

Relativna vlažnost vazduha izražava se u procentima:

$ φ \u003d ((p) / (p_0)) 100% $

Koncentracija pare povezana je s pritiskom ($ p_0 \u003d nkT $), pa se relativna vlažnost zraka može definirati u procentima parcijalni pritisak $ p $ pare u zraku do pritiska $ p_0 $ zasićene pare na istoj temperaturi:

$ φ \u003d ((p) / (p_0)) 100% $

Under parcijalni pritisak razumjeti pritisak vodene pare koji bi stvorio ako ne bi bilo svih ostalih plinova u atmosferskom zraku.

Ako se vlažni zrak hladi, tada se na određenoj temperaturi para u njemu može dovesti do zasićenja. Daljnjim hlađenjem vodena para počet će se kondenzirati kao rosa.

Tačka rose

Tačka rose je temperatura do koje se zrak mora ohladiti kako bi vodena para u njemu postigla zasićenost pri konstantnom pritisku i zadanoj vlažnosti zraka. Kada se točka rose dosegne u zraku ili na objektima s kojima dolazi u kontakt, započinje kondenzacija vodene pare. Tačka rose može se izračunati na osnovu temperature i vlažnosti zraka ili direktno kondenzacijski higrometar. Kada relativna vlažnost $ φ \u003d 100% $ Tačka rose podudara se s temperaturom zraka. Za $ φ

Količina toplote. Specifična toplota supstance

Količina toplote naziva se kvantitativnom merom promene unutrašnje energije tela tokom razmene toplote.

Količina toplote je energija koju se telo odriče tokom razmene toplote (bez obavljanja posla). Količina toplote, poput energije, mjeri se u džulima (J).

Specifična toplota supstance

Kapacitet toplote je količina toplote koju telo apsorbuje kada se zagreje za 1 $.

Toplotni kapacitet tijela označen je velikim latiničnim slovom C.

Šta određuje toplotni kapacitet tijela? Prije svega, iz njegove mase. Jasno je da će za grijanje, na primjer, 1 kilogram vode trebati više toplote nego za grijanje 200 grama.

A od vrste supstance? Napravimo eksperiment. Uzmemo dvije identične posude i, ulivajući 400 dolara g vode u jednu, i 400 dolara g biljnog ulja u drugu, počinjemo ih zagrijavati pomoću identičnih plamenika. Promatrajući očitanja termometra, vidjet ćemo da se ulje brže zagrijava. Da bi se voda i ulje zagrijali na istu temperaturu, voda se mora duže zagrijavati. Ali što duže zagrijavamo vodu, to više toplote dobiva od plamenika.

Dakle, za zagrijavanje iste mase različitih supstanci na istu temperaturu potrebne su različite količine topline. Količina toplote potrebna za zagrijavanje tijela i, prema tome, njegov toplotni kapacitet ovise o vrsti supstance koja čini to tijelo.

Tako je, na primjer, za povećanje temperature vode mase 1 USD u kg za 1 ° C potrebna količina toplote jednaka 4200 USD J, a za zagrijavanje iste mase suncokretovog ulja za 1 USD C, količina toplote jednaka 1700 USD J.

Fizička veličina koja pokazuje koliko je toplote potrebno za zagrijavanje $ 1 $ kg supstance za $ 1 ° $ C naziva se specifična toplota ove supstance.

Svaka supstanca ima svoju specifičnu toplinu, koja je označena latiničnim slovom $ c $ i mjeri se u džulima po kilogramu stepena (J / (kg $ · ° $ C)).

Specifična toplina iste supstance u različitim agregacijskim stanjima (čvrstim, tečnim i plinovitim) je različita. Na primjer, specifični toplotni kapacitet vode iznosi 4200 J / (kg $ · ° $ S), a specifični toplotni kapacitet leda 2100 $ J / (kg $ · ° $ S); aluminij u čvrstom stanju ima specifičnu toplinu jednaku 920 J / (kg $ · ° $ S), a u tečnom stanju - 1080 USD J / (kg $ · ° $ S).

Imajte na umu da voda ima vrlo visoku specifičnu toplotu. Stoga voda u morima i okeanima, zagrijavajući se ljeti, upija veliku količinu toplote iz zraka. Zahvaljujući tome, na onim mjestima koja se nalaze u blizini velikih vodnih tijela, ljeto nije tako vruće kao na mjestima daleko od vode.

Proračun količine toplote koja je potrebna za zagrevanje tela ili koje ono emituje tokom hlađenja

Iz navedenog je jasno da količina topline potrebna za zagrijavanje tijela ovisi o vrsti tvari od koje je tijelo sastavljeno (tj. Specifični toplotni kapacitet) i o masi tijela. Jasno je i da količina toplote zavisi od toga za koliko stepeni ćemo povećavati telesnu temperaturu.

Dakle, da bi se utvrdila količina toplote potrebna za zagrijavanje tijela ili ono koje ono emitira tijekom hlađenja, specifična toplina tijela mora se pomnožiti s njegovom masom i razlikom između njegove konačne i početne temperature:

gdje je $ Q $ količina toplote, $ c $ je specifični toplotni kapacitet, $ m $ je tjelesna masa, $ t_1 $ je početna temperatura, $ t_2 $ je konačna temperatura.

Kada se tijelo zagrije, $ t_2\u003e t_1 $ i, prema tome, $ Q\u003e 0 $. Kada se tijelo ohladi, $ t_2

Ako je poznata specifična toplota cijelog tijela $ C, Q $ se određuje formulom

Specifična toplota isparavanja, topljenja, sagorevanja

Toplina isparavanja (toplota isparavanja) - količina toplote koja se mora saopštiti supstanci (pri konstantnom pritisku i konstantnoj temperaturi) za potpunu transformaciju tečne supstance u paru.

Toplina isparavanja jednaka je količini toplote koja se oslobađa tokom kondenzacije pare u tečnost.

Transformacija tečnosti u paru pri konstantnoj temperaturi ne dovodi do povećanja kinetičke energije molekula, već je popraćena povećanjem njihove potencijalne energije, jer se udaljenost između molekula znatno povećava.

Specifična toplina isparavanja i kondenzacije. Eksperimenti su ustanovili da se za potpunu pretvorbu 1 USD kilograma vode u paru (na tački ključanja) mora potrošiti 2,3 USD MJ energije. Drugim tečnostima je potrebna različita količina toplote da bi se pretvorile u paru. Na primjer, za alkohol je 0,9 USD MJ.

Fizička veličina koja pokazuje koliko je toplote potrebno da se tečnost mase 1 USD kilograma pretvori u paru bez promjene temperature naziva se specifična toplota isparavanja.

Specifična toplina isparavanja označena je slovom $ r $ i mjeri se u džulima po kilogramu (J / kg).

Količina toplote potrebna za isparavanje (ili oslobođena tokom kondenzacije). Da bi se izračunala količina toplote $ Q $ potrebna za pretvaranje u paru tečnosti bilo koje mase uzete na tački ključanja, potrebno je pomnožiti specifičnu toplotu isparavanja $ r $ sa masom $ m $:

Kada se para kondenzuje, oslobađa se ista količina toplote:

Specifična toplina topljenja

Toplina topljenja je količina toplote koja se mora predati supstanci pod konstantnim pritiskom i konstantnom temperaturom jednakom tački topljenja da bi se u potpunosti prenela iz čvrstog kristalnog stanja u tečnost.

Toplina topljenja jednaka je količini toplote koja se oslobađa tokom kristalizacije supstance iz tečnog stanja.

Tijekom topljenja, sva toplina koja se dovodi u supstancu troši se na povećanje potencijalne energije svojih molekula. Kinetička energija se ne mijenja jer se topljenje događa pri konstantnoj temperaturi.

Proučavajući eksperimentalno topljenje različitih supstanci iste mase, može se primijetiti da su za pretvaranje u tečnost potrebne različite količine toplote. Na primjer, da biste rastopili jedan kilogram leda, trebate potrošiti 332 USD J energije, a otopiti 1 USD kg olova - 25 kJ.

Fizička veličina koja pokazuje koliko toplote mora biti preneseno na kristalno tijelo mase 1 USD, da bi ga u potpunosti prenijeli u tečno stanje na temperaturi topljenja, naziva se specifična toplina fuzije.

Specifična toplina topljenja mjeri se u džulima po kilogramu (J / kg) i označava se grčkim slovom $ λ $ (lambda).

Specifična toplota kristalizacije jednaka je specifičnoj toploti topljenja, jer kristalizacija proizvodi istu količinu toplote koja se apsorbuje tokom topljenja. Tako, na primjer, kad se voda mase 1 USD kilograma smrzne, oslobađa se istih 332 USD J energije, potrebnih za pretvaranje iste mase leda u vodu.

Da bi se pronašla količina toplote potrebna za topljenje kristalnog tijela proizvoljne mase, ili toplina fuzije, potrebno je pomnožiti specifičnu toplinu fuzije ovog tijela sa njegovom masom:

Količina toplote koju tijelo oslobađa smatra se negativnom. Stoga, prilikom izračunavanja količine toplote koja se oslobađa tokom kristalizacije supstance mase $ m $, trebali biste koristiti istu formulu, ali sa znakom minus:

Specifična toplota sagorevanja

Kalorična vrijednost (ili kalorična vrijednost, kalorijska vrijednost) je količina toplote koja se oslobađa tokom potpunog sagorijevanja goriva.

Za zagrijavanje tijela često se koristi energija koja se oslobađa tokom sagorijevanja goriva. Uobičajena goriva (ugalj, nafta, benzin) sadrže ugljenik. Pri izgaranju, atomi ugljenika kombiniraju se s atomima kisika u zraku, što rezultira stvaranjem molekula ugljičnog dioksida. Ispostavlja se da je kinetička energija ovih molekula veća od energije izvornih čestica. Povećanje kinetičke energije molekula tokom sagorijevanja naziva se oslobađanjem energije. Energija koja se oslobađa tokom potpunog izgaranja goriva je toplota izgaranja ovog goriva.

Toplina izgaranja goriva ovisi o vrsti goriva i njegovoj težini. Što je veća masa goriva, veća je količina toplote koja se oslobađa tokom njegovog potpunog sagorijevanja.

Fizička veličina koja pokazuje koliko se toplote oslobađa za vrijeme potpunog sagorijevanja goriva mase 1 USD, naziva se specifična toplina sagorijevanja goriva.

Specifična toplina sagorijevanja označena je slovom $ q $ i mjeri se u džulima po kilogramu (J / kg).

Količina toplote $ Q $ koja se oslobodi tokom sagorijevanja $ m $ kg goriva određuje se po formuli:

Da biste pronašli količinu toplote koja se oslobodi tokom potpunog sagorijevanja goriva proizvoljne mase, morate pomnožiti specifičnu toplinu izgaranja ovog goriva s njegovom masom.

Jednačina toplotnog bilansa

U zatvorenom (izoliranom od vanjskih tijela) termodinamičkom sistemu, promjena unutarnje energije bilo kojeg tijela u $ $U_i $ sistemu ne može dovesti do promjene unutrašnje energije cijelog sistema. Dakle,

$ ∆U_1 + ∆U_2 + ∆U_3 + ... + ∆U_n \u003d ∑↙ (i) ↖ (n) _U_i \u003d 0 $

Ako nijedno tijelo ne obavi unutar sistema, tada se, prema prvom zakonu termodinamike, promjena unutarnje energije bilo kojeg tijela događa samo zbog izmjene toplote s drugim tijelima ovog sistema: $ ∆U_i \u003d Q_i $. Uzimajući u obzir ($ ∆U_1 + ∆U_2 + ∆U_3 + ... + ∆U_n \u003d ∑↙ (i) ↖ (n) ∆U_i \u003d 0 $), dobijamo:

$ Q_1 + Q_2 + Q_3 + ... + Q_n \u003d ∑↙ (i) ↖ (n) Q_i \u003d 0 $

Ova jednadžba naziva se jednačina ravnoteže topline. Ovdje je $ Q_i $ količina toplote koju je primilo ili odalo $ i $ -to tijelo. Bilo koja količina toplote $ Q_i $ može značiti toplinu koja se oslobađa ili apsorbuje tokom topljenja tijela, sagorijevanja goriva, isparavanja ili kondenzacije pare, ako se takvi procesi događaju s različitim tijelima sustava, a bit će određena odgovarajućim omjerima.

Jednadžba ravnoteže toplotne energije matematički je izraz zakona o očuvanju energije tokom izmjene topline.

Koncept vlažnosti zraka definira se kao stvarno prisustvo čestica vode u određenom fizičkom okruženju, uključujući atmosferu. U ovom slučaju treba razlikovati apsolutnu i relativnu vlažnost: u prvom slučaju govorimo o neto procentu vlage. U skladu sa zakonom termodinamike, ograničavajući sadržaj molekula vode u zraku je ograničen. Maksimalno dozvoljeni nivo određuje relativnu vlažnost vazduha i zavisi od niza faktora:

atmosferski pritisak;
temperatura vazduha;
prisustvo malih čestica (prašina);
nivo zagađenja hemikalijama;

Općenito prihvaćena mjerna mjera je postotak, dok se izračunavanje vrši prema posebnoj formuli, o kojoj će biti riječi kasnije.

Apsolutna vlažnost zraka mjeri se u gramima po kubnom centimetru, koji se također pretvaraju u postotke radi praktičnosti. Povećavanjem nadmorske visine količina vlage može se povećavati ovisno o regiji, ali dosezanjem određenog stropa (oko 6-7 kilometara nadmorske visine) sadržaj vlage pada na oko nulu. Apsolutna vlažnost zraka smatra se jednim od glavnih makroparametara: na njegovoj osnovi se sastavljaju planetarne klimatske karte i zone.

Određivanje nivoa vlage

(Uređaj je psihometar - koristi se za određivanje vlažnosti po temperaturnoj razlici između suhog i mokrog termometra)

Vlažnost u apsolutnom omjeru određuje se pomoću posebnih uređaja koji podešavaju procenat molekula vode u atmosferi. Dnevna kolebanja su u pravilu zanemariva - ovaj se pokazatelj može smatrati statičnim i ne odražava važne klimatske uvjete. Suprotno tome, relativna vlaga podložna je snažnim dnevnim fluktuacijama i odražava tačnu raspodjelu kondenzovane vlage, njen pritisak i ravnotežno zasićenje. Upravo se ovaj pokazatelj smatra glavnim i izračunava se najmanje jednom dnevno.

Određivanje relativne vlažnosti zraka vrši se prema složenoj formuli koja uzima u obzir:

trenutna točka rošenja;
temperatura;
pritisak zasićene pare;
razni matematički modeli;

U praksi sinoptičkih prognoza koristi se pojednostavljeni pristup kada se vlažnost izračuna približno, uzimajući u obzir temperaturnu razliku i tačku rose (označava kada višak vlage padne u obliku padavina). Ovaj pristup omogućava vam da odredite potrebne pokazatelje s preciznošću od 90-95%, što je više nego dovoljno za svakodnevne potrebe.

Ovisnost o prirodnim faktorima

Sadržaj molekula vode u zraku ovisi o klimatskim karakteristikama određene regije, vremenskim prilikama, atmosferskom pritisku i nekim drugim uvjetima. Dakle, najveća apsolutna vlažnost zraka primjećuje se u tropskim i primorskim zonama. Relativna vlažnost zraka dodatno ovisi o fluktuacijama niza čimbenika koji su ranije razmatrani. U kišnoj sezoni sa niskim atmosferskim pritiskom, relativna vlažnost zraka može doseći 85-95%. Visok pritisak smanjuje zasićenje vodene pare u atmosferi, smanjujući tako njen nivo.

Važna karakteristika relativne vlažnosti zraka ovisi o termodinamičkom stanju. Vlažnost prirodne ravnoteže je 100%, što je, naravno, nedostižno zbog ekstremne nestabilnosti klime. Tehnogeni faktori takođe utiču na kolebanje atmosferske vlažnosti. U mega gradovima dolazi do povećanog isparavanja vlage s asfaltnih površina, istovremeno s ispuštanjem velike količine suspendovanih čestica i ugljen-monoksida. To dovodi do jakog smanjenja vlage u većini gradova na svijetu.

Učinak na ljudsko tijelo

Udobne za ljude, granice atmosferske vlažnosti kreću se u rasponu od 40 do 70%. Dugotrajno prisustvo u uvjetima jakog odstupanja od navedene norme može prouzrokovati primjetno pogoršanje blagostanja, sve do razvoja patoloških stanja. Treba napomenuti da je osoba posebno osjetljiva na prekomjerno nisku vlagu, doživljavajući niz karakterističnih simptoma:

nadražaj sluznice;
razvoj hroničnog rinitisa;
povećani umor;
pogoršanje stanja kože;
smanjen imunitet;

Među negativnim efektima visoke vlažnosti može se primijetiti rizik od razvoja gljivica i prehlade.

Vlažnost zraka - sadržaj u zraku, karakteriziran nizom vrijednosti. Voda isparena s površine kada se zagriju ulazi i koncentrira se u donjim slojevima troposfere. Temperatura na kojoj zrak doseže zasićenost vlagom za određeni sadržaj vodene pare i konstantu naziva se tačka rose.

Vlažnost se odlikuje sljedećim pokazateljima:

Apsolutna vlaga (lat.absolutus - pun). Izražava se masom vodene pare u 1m vazduha. Izračunato u gramima vodene pare po 1 m3 vazduha. Što je veća, to je veća apsolutna vlažnost zraka, jer više vode, zagrijavanjem, prelazi iz tečnosti u stanje pare. Danju je apsolutna vlaga veća nego noću. Pokazatelj apsolutne vlažnosti ovisi o: na primjer, u polarnim geografskim širinama jednak je 1 g na 1 m2 vodene pare, na ekvatoru do 30 grama po 1 m2 u Batumiju (obala), apsolutna vlažnost zraka je 6 g na 1 m, a u Verhojansku ( ,) - 0,1 grama na 1 m. Vegetacijski pokrivač područja u velikoj mjeri ovisi o apsolutnoj vlažnosti zraka;

Relativna vlažnost... Ovo je odnos količine vlage u zraku i količine koju on može sadržavati na istoj temperaturi. Relativna vlažnost zraka izračunava se u procentima. Na primjer, relativna vlažnost zraka je 70%. To znači da zrak sadrži 70% količine pare koju može zadržati na određenoj temperaturi. Ako je dnevna varijacija apsolutne vlage izravno proporcionalna promjeni temperature, tada je relativna vlažnost obrnuto proporcionalna ovoj varijaciji. Osoba se dobro osjeća kada je vrijednost 40-75%. Odstupanje od norme uzrokuje bolno stanje tijela.

Zrak u prirodi rijetko je zasićen vodenom parom, ali uvijek sadrži nešto od toga. Nigdje na Zemlji nije zabilježena relativna vlažnost zraka od 0%. Na meteorološkim postajama vlažnost se mjeri higrometrom, pored toga koriste se snimači - higrografi;

Zrak je zasićen i nezasićen. Kada voda isparava s površine okeana ili kopna, zrak ne može beskonačno sadržavati vodenu paru. Ovo ograničenje ovisi o. Zrak koji više ne može zadržavati vlagu naziva se zasićeni zrak. Iz ovog zraka pri najmanjem hlađenju počinje ispuštati kapljice vode u obliku rose. To je zato što voda, kada se ohladi, prelazi iz stanja (pare) u tečnost. Zrak iznad suve i tople površine obično sadrži manje vodene pare nego što bi mogao sadržati na određenoj temperaturi. Taj se zrak naziva nezasićenim. Kad se ohladi, voda ne evoluira uvijek. Što je zrak topliji, veća je njegova sposobnost upijanja vlage. Na primjer, na temperaturi od -20 ° C, zrak ne sadrži više od 1 g / m vode; na temperaturi od + 10 ° S - oko 9 g / m3, i na + 20 ° C - oko 17 g / m2. Dakle, s naizgled jakom vlagom zraka u

DEFINICIJA

Apsolutna vlažnost zraka je količina vodene pare u jedinici zapremine zraka:

SI jedinica apsolutne vlažnosti je

Vlažnost zraka je vrlo važan ekološki parametar. Poznato je da veći dio Zemljine površine zauzima voda (Svjetski okean), s čije površine se kontinuirano vrši isparavanje. U različitim klimatskim zonama intenzitet ovog procesa je različit. Ovisi o prosječnoj dnevnoj temperaturi, prisutnosti vjetrova i ostalim faktorima. Tako je na nekim mjestima proces isparavanja vode intenzivniji od kondenzacije, a na nekim je obrnuto.

Ljudsko tijelo aktivno reaguje na promjene vlažnosti zraka. Na primjer, proces znojenja usko je povezan s temperaturom i vlažnošću okoline. Pri visokoj vlažnosti, procesi isparavanja vlage s površine kože praktično se nadoknađuju procesima njene kondenzacije, a odvođenje toplote iz tijela je poremećeno, što dovodi do poremećaja u termoregulaciji; pri niskoj vlažnosti isparavanje vlage ima prednost nad kondenzacijom i tijelo gubi previše tečnosti, što može dovesti do dehidracije.

Pored toga, koncept vlažnosti najvažniji je kriterij za procjenu vremenskih prilika, kao što svi znaju iz vremenskih prognoza.

Apsolutna vlažnost zraka daje ideju o specifičnom masnom sadržaju vode u zraku, ali ova vrijednost je nezgodna sa stanovišta osjetljivosti vlage živih organizama. Osoba ne osjeća masnu količinu vode u zraku, već njen sadržaj u odnosu na najveću moguću vrijednost. Da bi se opisala reakcija živih organizama na promjene u sadržaju vodene pare u zraku, uveden je koncept relativne vlažnosti.

Relativna vlažnost

DEFINICIJA

Relativna vlažnost je fizička veličina koja pokazuje koliko je vodena para u zraku od zasićenja:

gdje je gustina vodene pare u zraku (apsolutna vlažnost); gustina zasićene vodene pare na određenoj temperaturi.

Tačka rose

DEFINICIJA

Tačka rose je temperatura na kojoj se vodena para zasićuje.

Poznavanje temperature rosišta daje ideju o relativnoj vlažnosti zraka. Ako je temperatura rosišta blizu temperature okoline, tada je vlaga visoka ( magla nastaje kada se temperature podudaraju). Suprotno tome, ako se vrijednosti točke rosišta i temperature zraka u vrijeme mjerenja jako razlikuju, onda možemo govoriti o niskom sadržaju vodene pare u atmosferi.

Kad se stvar unese u toplu prostoriju od mraza, zrak iznad nje se ohladi, zasićen vodenom parom i kapljice vode se kondenzuju na njoj. U budućnosti se stvar zagrije na sobnu temperaturu i sav kondenzat ispari.

Drugi, ne manje poznat primjer, je zamagljivanje prozora u kući. Mnogi ljudi zimi dožive kondenzaciju na prozorima. Na ovaj fenomen utječu dva faktora - vlaga i temperatura. Ako je instaliran normalan prozor s dvostrukim staklom i izolacija je pravilno izvedena, a postoji kondenzacija, tada soba ima visoku vlažnost; Moguće loše prozračivanje ili usisavanje.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Zadatak

Fotografija prikazuje dva termometra koja se koriste za određivanje relativne vlažnosti zraka pomoću psihrometrijskog stola. Šta će pokazati mokri termometar ako se relativna vlažnost vazduha poveća za 7% pri konstantnoj temperaturi vazduha?

Odluka

Zapišimo očitanja suhog i mokrog termometra prikazanog na fotografiji:

Odredite razliku u očitanjima termometra:

Pomoću psihrometrijske tablice određujemo relativnu vlažnost zraka:

Ako se vlažnost zraka poveća za 7%, ona će postati 55%. Prema psihrometrijskoj tablici određujemo očitanja suhog termometra i razliku između očitanja suhog i mokrog termometra:

Tako će termometar sa mokrom žaruljom pokazati:

Odgovorite

Očitavanje mokre žarulje.

PRIMJER 2

Zadatak	Relativna vlažnost zraka u večernjim satima na temperaturi iznosi 50%. Hoće li biti rose ako temperatura padne na?
Odluka	Relativna vlažnost: